Vaihtovirran saaminen
Vaihtovirta perinteisessä mielessä on virtaa, joka saadaan vaihtovirrasta, harmonisesti muuttuvasta (sinimuotoisesta) jännitteestä. Voimalaitoksessa syntyy vaihtojännitettä, joka on jatkuvasti läsnä jokaisessa seinän pistorasiassa.
Vaihtovirtaa käytetään myös sähkön siirtämiseen pitkiä matkoja, koska vaihtojännitettä on helppo nostaa. käyttämällä muuntajaa, ja siten sähköenergiaa voidaan siirtää etäisyyden yli minimaalisilla häviöillä ja sitten pienentää takaisin muuntajan avulla kotitalousverkkoon hyväksyttävään arvoon.
Vaihtojännite (ja siten virta) syntyy voimalaitoksessajossa teollisuusgeneraattorien vaihtovirtakäytöt toimivat korkeapaineisella höyryllä toimivilla turbiineilla. Höyryä tuotetaan vedestä, jota lämmitetään voimakkaasti ydinreaktion tai fossiilisten polttoaineiden polttamisen vaikutuksesta voimalaitoksen tyypistä riippuen. Joka tapauksessa vaihtovirtageneraattorin pyöriminen on syy vaihtojännitteen ja -virran muodostumiseen.
Vastatakseen kysymykseen, kuinka generaattori muodostetaan vaihtovirta, riittää kun tarkastellaan perusmallia, joka koostuu langanpalasta ja magneetista, joka muistuttaa samalla Lorentzin voima ja sähkömagneettisen induktion laki... Oletetaan, että pöydällä makaa 10 cm pitkä lanka ja kädessämme on vahva neodyymimagneetti, jonka koko on hieman lankaa pienempi. Kiinnitetään herkkä galvanometri tai kellovolttimittari langan päihin.
Tuomme magneetin yhdellä napoista lähelle lankaa, alle 1 cm:n etäisyydelle ja vedämme magneetin nopeasti langalle sen läpi vasemmalta oikealle - ristiin johtimen magneetin magneettikentän kanssa . Galvanometrin neula poikkeaa yhtäkkiä tiettyyn suuntaan ja palaa sitten alkuperäiseen asentoonsa.
Käännä magneetti toisella navalla lankaa kohti. Ja jälleen liikuttamalla kättä vasemmalta oikealle, ylitä kokeellinen lanka nopeasti magneettikentällä. Galvanometrin neula kääntyi jyrkästi toiseen suuntaan ja palasi sitten alkuperäiseen asentoonsa. Magneetin kääntämisen sijaan voit ensin siirtyä vasemmalta oikealle ja sitten oikealta vasemmalle, syntyvän virran suunnan muutoksen vaikutus on sama.
Koe osoitti, että vaihtojännitteen saamiseksi meidän on joko siirrettävä magneettia johdon poikki oikealle ja vasemmalle tai ylitettävä lanka vuorottelevilla magneettinapoilla. Generaattorissa voimalaitoksessa (ja kaikissa perinteisissä latureissa) pätee toinen vaihtoehto.
Generaattorin toimintaperiaate - vaihtuvan sähkömotorisen voiman (jännitteen) saaminen
AC sinimuotoinen jännite
Voimalaitoksen vaihtovirtageneraattori koostuu roottorista ja staattorista.Pyörivän turbiinin mekaaninen energia välittyy roottoriin. Roottorin magneettikenttä on keskittynyt sen napaosiin ja syntyy joko siihen kiinnitetyistä kestomagneeteista tai roottorin kuparikäämissä kulkevasta vakiojännitevirrasta.
Normaalisti staattorikäämi koostuu kolmesta erillisestä käämistä, jotka on järjestetty suhteessa toisiinsa, jolloin jokaisessa kolmessa käämissä on vaihtojännite ja -virta, joten jokainen kolmesta staattorikäämityksestä on vaihtojännitteen lähde ja hetkelliset arvot jännitteistä siirtyy vaiheittain toistensa kanssa 120 astetta. Tätä kutsutaan kolmivaiheiseksi vaihtovirraksi.
Kolmivaiheisen AC-jännitteen ja -virran saaminen
Generaattorin, jossa on kaksi magneettinapaa, pyörivä 3000 rpm:n roottori antaa 50 risteystä staattorikäämin jokaisesta vaiheesta sekunnissa. Ja koska magneettinapojen välillä on nollapiste, eli paikka, jossa magneettikentän induktio on nolla, niin jokaisen roottorin täydellisen pyörimisen yhteydessä kelaan indusoitunut jännite kulkee nollan läpi ja muuttaa sitten napaisuutta. Tämän seurauksena lähtöjännite on sinimuotoinen muoto ja taajuus 50 Hz.
Kun AC-jännitelähde on kytketty kuormaan, piiriin muodostuu vaihtovirta. Staattorin jännite ja suurin sallittu virta ovat sitä suurempia, mitä voimakkaampi on roottorin magneettikenttä, ts. sitä suurempi roottorin käämeissä kulkeva virta. Synkronisissa generaattoreissa, joissa on ulkoinen viritys, roottorin käämien jännitteen ja virran muodostaa tyristoriviritysjärjestelmä tai heräte - pieni generaattori päägeneraattorin akselilla.
Katso myös:
Vaihtovirran pääominaisuudet (parametrit).
Vaihtovirtavirran tuottaminen ja siirto
Kuinka DC- ja AC-generaattorit toimivat?